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Física Experimental IVCurso 2014

Clase 10 Página 1

Departamento de Física

Fac. Ciencias Exactas - UNLP

Desintegración radiactiva

La radiactividad natural fue descubierta por H. Becquerel en Febrero de 1896.

PN 1903

Trataba de determinar si la fluorescencia iba acompañada con rayos X.

Los Curie trabajaron con un mineral (petchblenda) que contenía Uranio además de Bi, Ba y Pb.

Predicen la existencia del Ra y el Po

PN 1903PN 1911

Rutherford en 1897 establece la existencia de dos tipos de radiaciones( y ) PN 1908

Soddy

PN 1921

Paul Villard descubre los rayos en 1900.

PN 1903

" In recognition of the extraordinary services he has rendered by his discovery of spontaneous radioactivity"

in recognition of the extraordinary services they have rendered by their joint researches on the radiation phenomena discovered by Professor Henri Becquerel

Elster y Geitel determinan la ley de desintegración radiactiva en 1899.

Marie Sklodowska

Egon von Schweidler dedujo la ley haciendo consideraciones probabilísticas, la ley no es obtenible por causalidad.


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desintegración 241 237 495 93 2Am Np He


E~ 2-10 MeV


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1) -

2) +

3) Captura Electrónica

3 31 2 eH He e

11 116 5 eC B e

E~ 1-10 MeV

LiBe 73

74

Desintegración tipo


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Desexcitación

Usualmente ocurre en conjunción con algún mecanismo de desintegración.

3 * 32 2He He

Fisión Espontanea

256 140 112100 54 46 4sfFm Xe Pd n

Núcleos pesados se dividen en dos núcleos más livianos y varios neutrones.

E~ 1keV-5MeV



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Four types of radioactive decay

1) alpha () decay - 4He nucleus (2p + 2n) ejected2) beta () decay - change of nucleus charge, conserves mass3) gamma () decay - photon emission, no change in A or Z4) spontaneous fission - for Z=92 and above, generates two smaller nuclei


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- Un núcleo radiactivo padre decae a un núcleo hijo.

- La probabilidad de que un núcleo se desintegre en la unidad de tiempo es (units of s-1)

-La constante de desintegración no depende del tiempo. El tiempo medio de vida es =1/

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

1000000

0 10000 20000 30000 40000 50000

Years

Nu

mb

er o

f 14

C a

tom

s

dNN

dt

0tN N e

T1/2 = 5730 años

5730

1/ 2 1/ 2 1/ 20 0 0 0/ 2 / 4 / 8t t tN N N N

N0

1/ 2

ln(2)

t



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-decay of 14C used to date organic samples.

14C 14N + e– + e

When organisms are alive, cosmic rays create 14C in atmosphere to give constant 14C/12C ratio in CO2 gas.

14C / 12C = 1.2×10–12 in living organism

When organisms die, 14C is no longer absorbed and 14C/12C ratio decreases with time.

Half-lifeT1/2 of 14C = 5730 yr.

Measure age of material by finding 14C activity per unit mass.

–Effective for 1,000 to 25,000 years ago.

Datación con 14C


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Curva de correspondencia entre la edad real y la edad según el carbono-14 , desde el 9.000 al 15.000 antes del presente, según mediciones en Cariaco.

Se conocen, más o menos con exactitud, las variaciones habidas en los últimos 11.800 años gracias a la dendrocronología.

Datación con 14C


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• Unidades de actividad son :

1 desint/s = 1 Bq (un Bequerel).

• Otra unidad más conveniente es el Curie,

3.7 x 1010 desint./s = l Ci.

Las fuentes que usamos en el laboratorio son del orden del μCi.


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Line of Stability

N = Z

Proton Number Z

Neu

tron

Num

ber

N

10050

100

50

Last stable elementZ = 83 (Bi)

3000 known nuclei, but only 266 stable ones!

Z > 83 elements not stable!

Tendency for N Z,but N > Z for larger Z. (due to proton repulsion)

Unusual stability for“magic numbers.” Z, N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 (analogous to electronic shells)



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Desintegración Radioactiva

Los isótopos radiactivos decaen con el tiempo.

T1/2 = Half-life = Tiempo requerido para que la población se reduzca a la mitad

Ejemplo , polonio-210 se desintegra por emisión con un período de 138 días.

210Po 206Pb + 4He

1 gramo of polonio-210 => 1/2 gramo después de 138 días.

• T1/2

• Tan corto como 4.0 x 10-22 s. (7B)

• Tan largo como 1.4 x 1017 años (50V)

• Es constante, no afectado por temperatura, presión o composición química .

• Constante de desintegración (λ)

• Probabilidad de desintegración por unidad de tiempo.

• Inversamente proporcional a la vida media



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N

dNdt .

Ndt

dNtA )(

ttN

N

dtN

tdN

0

)(

0

)( teNtN 0)(

tt eAeNtA 00)( 2ln

21 T

Mean lifetime : tiempo medio de vida de los átomos.

11

)(1

0

0000

dteNtN

dtttNN

t

Asi que es el probable tiempo de desintegración de un átomo.



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AmplificadorDetector

HV

MCA


Geometría fija

Tiempos de medida cortos comparados con la vida media a medir.

Observaciones espaciadas durante un tiempo largo comparados con .

0 50 100 150 200 250 300

0

20000

40000

60000

80000

100000


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t

ttt

t

tt

t

dtetNdttNdttAtn0

' ')(')'(')'(~)(

)(~)( tNtn ctetNtn )(ln)(ln

ctettn )(ln


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ctettn )(ln


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AmplificadorDetector

HV

MCA


Geometría fija

Tiempos de medida cortos comparados con la vida media a medir.

Observaciones espaciadas durante un tiempo largo comparados con .

Hf18172

Ta18173

d4.42

keV615

keV482

keV136

%86 %14 keV346

0 500 10000

7000

14000

Espectro de “arena” natural (ZrSiO4) después de activación por neutrones.


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